本人自20xx年6月25日起进入梦龙移通公司从事手机软件测试工程师一职，在不知不觉中已经经过了2个月的试用期。在这段时间里，我感悟颇多，虽然这并不是我的第一份工作，但是在此期间，我对于工作一贯谦虚谨慎、认真负责的工作态度，从来没有改变过。
在本部门工作中，我一直严格要求自己，认真及时地完成领导布置的每一项任务，并虚心向同事学习，不断改正工作中的不足；配合各部门负责人落实及完成公司各项工作，
在过去的2个月中，通过不断的学习和自我提高，已经适应了本职的工作，但对于一个初入公司的新人，要全面融入企业的方方面面，可能在一些问题的考虑上还不够全面，但我相信，通过公司领导及同事的悉心指导，我一定会在今后的工作中更好的提高自己的水平、素质，更好的完成本职工作。
在今后的工作中，我要继续努力，克服自己的缺点，弥补不足，向白盒测试、内部代码测试方向了解，加强 软件测试、计算机语言方面的知识，不断自我学习，力争成为学习型、创新型、实干型兼备的新世纪人才。
关键词：自动测试系统；VXI；LabVIEW
中图分类号：TP274；V247.1
在现代战争中，作战飞机需要高效、可靠的保障装备对其进行测试及维护。由于现有的测试设备操作复杂、可靠性差，且测试效率较低，因此就对新的测试设备研制提出了更高要求。
自动测试系统（Automatic Test System）始于20世纪50年代中期，经历了专用测试系统（第一代）、积木式自动测试系统（第二代，基于GPIB总线，由程控台式仪器组成）和模块化自动测试系统（第三代，基于VXI、PXI等总线，由模块化的仪器组成）三代。本文从工程角度出发，介绍了一种基于第三代技术的机载任务机自动测试系统，并详述了其硬件及软件的设计与实现。
1 测试需求分析
机载任务机是飞机航电系统的控制和管理核心，主要实现航电系统的通信管理、任务计管理、语音告警、综合显示管理及飞行员接口控制等。任务机的待测项目包括CPU自测试、离散量输入、离散量输出、模拟量输入、1553B总线、RS422总线、视频切换、语音告警、电源拉偏及整机功耗等。
2 硬件产品结构
根据任务机的测试需求，自动测试系统采用通用的VXI总线结构，以VXI测试设备为主，辅以控制设备等其它设备，主要的功能块有：
2.1 VXI系统：采用VXI标准总线，根据任务机测试的最大需求，选用标准的测试模块和机箱进行集成，主要包括离散量输入/输出模块、模拟量输出模块、RS422通讯模块、1553B通讯模块及切换矩阵开关等。各个VXI模块在机箱中通过VXI总线相连，受工控机测试软件的控制，为被测件提供激励信号并采集相应的响应信号；
2.2 控制设备：采用先进的工控机对各个设备进行控制。工控机内选用IEEE- 1394型零槽控制器模块，可直接将工控机和VXI 系统连接，实现对各种测试模块的控制与配置。工控机还具有GPIB接口和Fireware接口，均使用PCI总线板卡，分别用于工控机与程控电源、示波器，及与VXI系统之间的通讯；
2.3 接口适配器：包括接收器和固定器两部分。在接收器插件上有高频、低频、信号、电源和功率等各种插针组成的插针阵列，一端用于连接适配器插件，另一端连接到被测件，具有可靠性高、灵活性强及保护性好的特点；
2.4 视频显示控制设备：包括视频信号发生器、视频转换盒及多功能显示器（MFD）等，分别提供被测件的视频信号输入源、视频信号格式转换及视频输出终端；
2.5 测量设备：用于测量被测件的直流电压、直流电流及电阻，还可用于被测件特殊输出信号的测量，主要包括示波器和万用表；
2.6 供电设备：主要由为任务机供电的+28V电源和测试使用的+5V电源组成，均使用直流程控电源。还包括为系统紧急供电的不间断电源（UPS），可让用户在系统突然断电时有充分时间下电，保证被测件和自动测试系统的设备安全；
2.7 断点板：自动测试系统和被测件接口上的一个分支点，主要用于系统维护、检测测试设备的信号连接以及被测件关键信号测量等，且对断点板的测量点进行操作时不会影响被测件及自动测试系统的正常运行；
2.8 测试电缆：实现自动测试系统与被测件的电气连接。
自动测试系统的硬件组成如图1所示。
3 工作原理
根据机载任务机的实际功能划分，自动测试系统的测试项目应包括以下几个部分：
3.1 CPU自测试：测试应用软件向被测件的CPU模块发送自测试指令，CPU模块进行自检后将结果显示在工控机的屏幕上；
3.2 离散量输入：系统分别为被测件的每个离散量通道注入信号，同时启动接口读周期，读取各输入离散量经TTL转换后所对应的数据来检查离散量输入通道的正确性；
3.3 离散量输出：系统向被测件发送离散量输出指令，系统读取离散量输出值来检查离散量输出通道的正确性；
3.4 模拟量输入：系统向被测件输入电压模拟量，并将被测件采集的数据与注入的数据比较判定转换正确性及转换的精度。仿真卡输出的电压值可动态显示，方便测试者判定模拟量测试的正确性；
3.5 1553B总线：由系统的1553B仿真卡向被测件的MBI模块发送上/下网指令，并仿真它机设备向被测件发送数据包，被测件接收到后再回送至自动测试系统以判断通信是否正确；
3.6 RS422总线：由系统的RS422仿真卡仿真它机设备与被测件进行握手，根据被测件的请求发送命令字及数据包，被测件接收到后再回送至自动测试系统，并判断通信是否正确；
3.7 视频切换：视频信号自动测试系统的视频信号发生器提供，通过被测件的视频矩阵切换后，信号输出至自动测试系统的监视器和MFD来显示，由操作者观察显示图像的正确性；
3.8 语音告警：系统向被测件发送语音播放指令，被测件将语音信号输出至自动测试系统的音箱，由操作人员听取结果并验证正确性。同时语音信号连接至示波器输入，可以观测语音信号的电压幅值；
3.9 电源拉偏：自动测试系统通过GPIB可自动调整+28V电源输出，通过工控机显示器观测被测件的上电自检结果是否正确；
3.10 整机功耗：系统通过GPIB读取被测件正常工作时的电流值，该读数乘以28之后将结果显示在工控机上。
整个测试流程由工控机中的测试应用软件控制，测试完成后可生成测试数据或测试报表。
4 软件设计
机载任务机自动测试系统软件分为系统软件、测试应用软件及自检测软件。主要有：
4.1 系统软件：包括工控机中安装的Windows XP操作系统及各VXI模块的设备驱动程序，主要包括RS422仿真卡、1553B仿真卡、GPIB设备、D/A板卡、数字I/O转换设备的驱动程序等；
4.2 测试软件：主要实现测试管理、数据管理和系统帮助等功能，由LabVIEW工具进行开发。测试管理用来测试系统综合能力，通过向目标机发送模拟数据和指令，目标机运行真实的应用软件，判断能否正常工作来完成系统测试，包括测试项目选择、参数设置、仪器控制、数据采集和处理、波形输出、分析和显示等功能，是整个测试系统的核心；数据管理实现对测试数据的管理和维护，生成测试结果的报表和数据回调；系统帮助用于对用户进行系统介绍及操作指导；
4.3 自检测软件：用于对自动测试系统的硬件资源进行全面测试，确保该系统的正常运行，主要分为VXI总线测试、仪器自检测及电缆回绕测试。其中通过VXI总线测试可通过软件调用VXI模块自带的自检函数来实现；仪器自检可通过GPIB或LAN向仪器发送自检指令，并回读检测结果实现；电缆回绕测试由软件操作矩阵开关完成电缆的通断测试。
软件结构框图如图2所示。
图2 软件结构图
自动测试系统上电后，自检测软件首先进行系统硬件初始化，检查VXI总线模块是否连接正常。如果自检测不通过，则显示出未通过自检的模块；如果自检通过，则跳出登陆界面，输入用户名、密码及被测件号，登录测试应用软件主界面。进入主界面后，用户选择要操作的项目，测试软件进入相应项目的执行界面。在用户完成所有的测试后，测试应用软件进行数据收集，并将测试结果显示在屏幕上，也可输出至打印机。自动测试系统的测试界面如图3所示。
图3 测试应用软件界面
5 结束语
本文介绍的基于VXI 总线的自动测试系统，已成功应用在部队武器装备保障设备中，实现了对机载任务机高效、准确的测试。实践表明，其具有操作简便、工作稳定、测试精度高、软件界面简洁等优点，并能实时显示测试数据及打印报告。该自动测试系统的应用，降低测试人员的工作强度，有效地提高了测试精度、速度和自动化水平。
参考文献
[1]刘正升，万程亮，蒋志忠.自动测试系统中新技术的发展及应用[J].中国测试，2009，35（4）.
[2]赵大鹏，刘泽乾.基于VXI总线的空空导弹发控平台测试系统设计[J].计算机测量与控制，2008，16（1）：78-79.
[3]李林，赵明莉.某机载显示处理机测试设备设计与实现[J].测控技术，2012，31（8）.
关键词：航空装备，测试程序集TPS，板卡测试
0引言随着科学技术的快速发展，特别是数字技术及各种大规模集成电路的广泛应用，我海军航空电子装备发生了巨大变化，组成结构越来越复杂，功能越来越强大，技术含量越来越高，可靠性也有明显提高，但是，装备的三级修理难度却越来越大，“木桶—短板效应”越来越明显，已经成为一个十分普遍的问题，甚至可以说，已经成为提高装备完好率和飞机出勤率的主要瓶颈之一。
为提高部队的维修、保障水平，适应现代战争对后勤的综合保障能力的要求，借鉴国外军用机载设备的综合维护经验，我们研制开发了基于TPS的航空装备板卡测试系统。
1系统组成系统主要由硬件平台、软件平台、测试程序集TPS和附件等组成，如图1所示。
图1系统组成示意图
硬件平台主要包括：测控计算机(TCC)、总线控制器、测试资源、PXI机箱、VXI机箱、矩阵开关、阵列接口、通用信号转接装置、专用适配器/板、高精度电源、连接电缆、相应的附件和机柜等。
软件平台是整个系统指控中心，是系统能有条不紊协同工作的重要保证。系统软件平台由多个功能相对独立的模块或系统组成，负责控制协调系统中测试仪器、激励模拟仪器的工作、测试过程的激励模拟和数据采集，以及运用诊断知识对故障进行推理等，完成对被测外场可更换单元（LRU-Line Replace Unit）、电路板（SRU-Shop Replace Unit或PCB，包括数字、模拟、数/模混合三种类型）的测试和故障定位隔离。
测试程序集TPS是测试程序(TP)、接口装置(ID)和测试程序文档(TPD)的集合。
附件主要有电缆、打印机、设备小车、工作台等。
2系统硬件设计根据被测武器装备LRU和PCB的特点和种类，我们确立了以功能测试为主，辅以其它方法的测试方案。系统采用统一的系统测试软件，PXI、VXI总线和GPIB总线混合式结构形式，标准定义的适配器结构、阵列接口、矩阵开关和机架结构，将计算机资源和系统测试资源等各组成单元有机连接在一起，系统主控计算机软件系统通过标准接口软件实现对PXI总线仪器、VXI总线仪器和GPIB总线仪器的统一调度和控制，产生仿真测试所需的激励，通过通用信号转接箱和专用适配器加载至被测板边缘连接器的相应端子，同时获取相应的响应数据，通过诊断软件的分析、判断，完成故障定位，同时对故障进行模型分析、故障树分析，提取新的故障模式进行故障仿真，并对故障树进行修正。从而自动地或手动地完成对被检单元的测试和诊断。免费论文参考网。航空装备板卡测试系统的硬件结构如图2所示。
图2航空装备板卡测试系统的硬件结构图
2.1测控计算机(TCC)测控计算机（TCC）由计算机主机、显示器、鼠标、打印机等设备组成。计算机主机内含有MXI-2(或1394)总线接口卡、GPIB总线接口卡、显卡等。测试控制计算机是NAAE-GPTDS的测试、控制中心。
2.2测试资源根据初步确定的信号特征，系统的测试资源包括：零槽控制模块、ARINC429总线模块、1553B总线模块、八通道串口、VXI四通道示波器、函数信号发生器、数据采集模块、数字多用表、任意波信号发生器、D/A模块、A/D模块、开关量I/O模块、矩阵开关、继电器模块、射频开关、大功率继电器模块、程控电阻模块、总线模拟控制器、各种导航信号模拟器、雷达信号模拟器、导弹模拟器、程控交流电源、程控直流电源、固定直流电源等多种测试资源(PXI、VXI模块)。
2.3阵列接口阵列接口是信号输入输出的通道，是测试系统与适配器的连接界面。阵列接口应采用VPC 90系列阵列接口，参考ARINC608A的标准。设计过程中，通道的数量应考虑系统以后的扩展能力，要预留一定的通道数量。
2.4矩阵开关矩阵开关实现测试资源信号的切换。
2.5通用信号转接装置通用信号转接装置主要用于PCB与系统阵列接口之间的测试信号转接与调理，包括：插件板转接器、信号转接调理器，结构如图6所示。免费论文参考网。整个转接与信号调理装置规划为五个区：总电源区、插件板区、信号调理区、程控电源区和资源连接区。
2.6接口适配器(TUA)该接口适配器主要完成LRU和ATE系统阵列接口之间的电气、机械连接装置，其功能是实现信号的调理、匹配和转接。必须根据各个被测试对象的实际情况自行研制。不同的被测设备必须通过相应的适配器才能接入系统进行检测。
2.7连接电缆外部连接电缆主要功能是为被测试单元连接到ATE的接口适配器提供电气、机械的连接，连接电缆的制作应当符合国军标的有关要求。为了防止在连接机载设备出现差错，在设计时对于连接电缆插头相同的应采取防差错设计。
3系统软件设计航空装备板卡测试系统的系统软件是系统的灵魂，是系统正常、可靠运行的基础。在充分分析航空装备板卡测试系统的功能需求的基础上，采用层次化、模块化设计方法和成熟的技术进行系统软件的设计和开发。系统软件具有良好的可视化人机界面，使用方便。
为了保证系统软件的顺利开发，按照软件工程的思想，进行系统软件的需求分析、概要设计、详细设计及各阶段软件的文档编制及管理，在开发过程中采用项目管理软件对系统软件开发分阶段实施及管理。
3.1操作系统与软件开发环境操作系统选用Windows2000。
开发环境：测试软件的开发主要采用Lab Windows/CVI，同时采用VB、VC等通用开发软件进行开发。测试程序集TPS开发采用专用的开发工具（如Top Test、PAWS等）进行开发。免费论文参考网。数据库的开发采用Microsoft Access。
3.2系统软件的结构与组成系统的软件主要由测试系统集成软件、系统自检、系统校准、执行软件、测试诊断开发平台软件、在线帮助、系统数据库管理软件和系统数据库组成。
航空装备板卡测试系统的系统软件采用层次化、模块化设计方法，是面向信号的测试系统软件。软件的结构如图3所示。
图3航空装备板卡测试系统系统软件层次结构及组成
3.3TPS测试程序的设计测试应用层是系统软件的顶层，实现被测试单元测试，并提供人机对话及操作界面。该层含有全部被测试单元的测试程序集(TPS)。
(1) 测试程序集(TPS)的定义及其功能
TPS是测试程序(TP)、接口装置(ID)和测试程序文档(TPD)的集合。
测试程序是航空装备板卡测试系统针对被检测单元的测试过程而编写的执行具体检测任务的软件，在测控内核模块提供的测试函数的基础上完成对设备的检测、测试和故障诊断并输出结果。
接口装置是指阵列接口和接口适配器所描述的信号路径、电气连接去向等，这些内容将在测试程序编程时通过定义常量、变量或编写程序实现。
测试程序文档是测试程序的说明和一些辅助资料，对测试过程中的某些信息、接口装置的相关信息加以说明，如测试通道、测试连接关系和需操作人员干预的信息等。测试程序文档是系统测试程序开发的重要的组成部分，在系统的开发过程中应当重视文档的建设和管理。
(2) TPS的基本设计要求
测试程序应当操作简单、实用，测试资源控制方便，测试过程稳定、准确和测试数据精确、可信。
在设计测试程序时，按专业进行模块化设计，采用标准C语言编程，源代码不涉及具体的测试资源信息，这样使测试程序的结构明了、通用性好，具有良好的稳定性和可移植性。
(3) TPS界面
TPS界面是人机对话和测试结果输出的界面，是航空装备板卡测试系统的重要组成部分。TPS界面采用图形窗口的形式，以鼠标化操作为主，配合少量的键盘操作(输入文字、数字、必要的热键)。
(4) TPS模块组成
航空装备板卡测试系统的TPS按被测设备的成品组件LRU和电路板PCB进行模块分配。基本分配原则是一个LRU就有一个TPS，一个PCB就有一个TPS。单项TPS模块中的各项测试及完成的其它功能按树状结构进行逐级分解。
LRU单元TPS总体模块的大致划分如图4所示。同样可按照PCB板进行划分共若干个TPS。
图4单项TPS的基本模块结构
4系统工作模式为了能够适应各种类型的被测PCB，同时更进一步提高系统测量精度、自诊断精度、故障覆盖率和故障定位精度，系统设计了4种工作模式。
l全自动工作模式：对于部分可测试性较好的PCB，系统从PCB边缘连接器可以获得故障定位所需的全部信息，此时系统根据已开发的测试诊断程序，自动完成全过程操作，完成故障定位任务，同时诊断结果存入相应数据库，并形成诊断报告；
l半自动工作模式：对于部分不能通过被测PCB边缘连接器获得全部诊断信息的，系统按照诊断流程的提示，提示操作人员使用元器件夹具、探针笔进行测试或提供人机对话方式获取其余信息，提供给诊断分析程序完成故障定位任务；
l自检工作模式：为了提高系统的可靠性和使用效率，系统设计了上电自检、人工启动自检和定期自检三种自诊断方式。系统在加电时，能够自动进行自检测试程序；能够定期自检测试，也可以由人工启动进行自检测试。自检测试结果输出或自动存档；
l人工测试模式：对于微波电路的故障诊断系统采用人工测试诊断方式，另外操作人员需要临时完成一个小TPS设计与实施，或需要对某种故障模式进行仿真等临时任务，系统提供手动测试方式，操作人员根据系统向导提示按步骤完成仪器配置、测试流程配置等工作，或使用仪器软面板完成临时测试任务。
5结束语航空装备板卡测试系统从硬件结构到测试软件都符合ATE的统一标准，通用性好，易于实现；而且具有一定的灵活性，便于使用。能满足二级和三级维修保障需求。对降低维修费用、提高装备的完好率具有十分重要的意义，军事和经济效益是明显的。
参考文献：
[1]邱智，王玉峰等. 机载设备自动测试系统平台设计[J].测控技术.2005，vol(24),NO1.
[2]王凯让，吕洁光等. 通用电路板自动测试与故障诊断系统[J].宇航计测技术.2005，vol(25),NO1.
[3]周鑫，何昭. 信号发生器通用自动测试系统软件的研制[J].计量技术.2005，NO4.
摘 要：开发过程中一次性开发成功或者无错误发生的几率为零，因此在软件的开发过程中需要不断的完善，而这个不断完善修改的过程就是软件测试的过程。软件测试也代表了了设计、编码的最终复审。着重论述了目前软件工程中普遍存在的一些测试问题，并对其产生的原因进行了详细的分析。介绍了软件测试的本质，同时对目前流行的测试方法进行了研究，提出了不同类型的软件最佳的测试方案。
关键词：软件可靠性；软件质量；软件测试；测试用例
1 概述
信息技术的飞速发展,使软件产品应用到社会的各个领域,软件产品的质量自然成为人们共同关注的焦点。软件开发商为了占有市场,必须把产品质量作为企业的重要目标之一,以免在激烈的竞争中被淘汰。用户为了保证自己业务的顺利完成,总是希望选用优质的软件。质量不佳的软件产品不仅会使开发商的维护费用和用户的使用成本大幅增加,还可能产生其他的责任风险,在一些关键应用,如民航订票系统、银行结算系统、证券交易系统等中使用质量有问题的软件,还可能造成灾难性的后果。
软件危机曾经是软件界甚至整个计算机界最热门的话题,为了解决这个危机,软件从业人员、专家和学者做出了大量的努力。现在人们已经逐步认识到所谓的软件危机实际上仅是一种状况,那就是软件中有错误,正是这些错误导致了软件开发在成本、进度和质量上的失控。有错是软件的属性,而且是无法改变的。因为软件是由人来完成的,所有由人做的工作都不会是完美无缺的。问题在于应该如何去避免错误的产生和消除已经产生的错误,使程序中的错误密度达到尽可能低的程度。
软件工程学出现后,软件开发被视为一项工程,以工程化的方法来进行规划和管理软件的开发。事实上,不论采用什么技术和什么方法,软件中出现错误总是难免的。采用新的语言、先进的开发方式、完善的开发过程,可以减少错误的引入,但是不可能完全杜绝软件中的错误,这些引入的错误需要测试来找出。测试是软件开发的重要部分。统计表明,在典型的软件开发项目中,软件测试工作量往往占软件开发总工作量的40%以上。而在软件开发的总成本中用在测试上的开销要占30%到50%。如果把维护阶段也考虑在内,讨论整个软件生存时期时,测试的成本比例也许会有所降低,但实际上维护工作相当于二次开发,仍至多次开发,其中必定还包含有许多测试工作。系统的问题越早发现,改正成本越低,破坏性越小,所以,在系统前要尽量多地把系统问题找出来,其手段就是有计划、有组织地进行充分的测试。
软件测试是根据软件开发各阶段的规格说明和程序的内部结构而精心设计一组测试数据，并利用这些测试数据运行程序，以发现程序错误的过程。根据测试数据设计方法，软件测试可分为结构测试和功能测试。在结构测试过程中，测试者对程序的语句、分支和逻辑路径进行各种覆盖测试，可以在不同点检查程序的状态，以确定实际状态与预期状态是否一致。软件测试的目的是发现错误，而不是确认其正确性，而对已进行的测试过程的程度进行评估。
2 测试方法
2．1 软件测试实质
软件测试是一项逻辑性强、且极具条理的工作,也是具有风险性的行为。由于软件的输入量、输出结果、软件实现途径都很多,而且软件产品说明书没有客观的标准,导致从不同的角度看,软件缺陷的标准不同,因而无法对软件实施完全测试,这样,就无法通过软件测试显示隐藏的软件缺陷,只能尽量查找软件缺陷,找到的软件缺陷越多,说明软件本身的缺陷就越多,况且还有一些是未发现、不能断定的缺陷,这就是软件测试的局限性。软件测试与软件开发过程的关系如图1所示。
图1 软件测试与软件开发的关系
所有的软件测试都有2个关键的问题组成:建立能测试应用程序的环境,并在该环境中测试软件能力。测试员必须理解和重新生成软件所在的复杂软件环境,并运用其能力确保正常的测试。
2.2 软件测试手段
从测试是否针对系统的内部结构和具体实现算法的角度来看，可分为白盒测试和黑盒测试。
2.2.1 黑盒测试
黑盒测试也称功能测试或数据驱动测试，它是在已知产品所应具有的功能情况下，通过测试来检测每个功能是否都能正常使用。在测试时，把程序看作一个不能打开的黑盒子，在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，测试者在程序接口进行测试，它只检查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用，程序是否能适当地接收输入数据而产生正确的输出信息并且保持外部信息（如：数据库或文件）的完整性。黑盒法着眼于程序外部结构，不考虑内部逻辑结构，只针对软件界面和软件功能进行测试，它主要用于软件验收测试。黑盒法是穷举输入测试，只有把所有可能的输入都作为测试情况使用，才能以这种方法查出程序中所有的错误。测试情况实际上有无穷多个，人们不仅要测试所有合法的输入，而且还要对那些不合法但是可能的输入进行测试。
2.2.2 白盒测试
白盒测试也称结构测试或逻辑驱动测试，它是在已知产品内部工作过程情况下，通过测试来检测产品内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行，按照程序内部的结构测试程序，检验程序中的每条通路是否都能按预定要求正确工作，而不顾它的功能。白盒测试的主要方法有逻辑驱动、基路测试等，白盒法是穷举路径测试，主要用于软件验证。
(1)软件有产品说明书时,对产品说明书实施测试和审查:由于软件产品说明书属于文档,因此对产品说明书的测试是黑盒测试。在实施测试时要弄清所开发软件的客户,并熟悉现有的标准和规范,基于同类软件测试的经验进行测试。除了这些,如果时间和条件允许,应该对产品说明书进行审查,按照相关的标准,看产品说明书是否符合要求。这都是通常的一些做法,当然还可以采用其他软件检测方法。
(2)由于当前软件开发有时不是很正规,在没有产品说明书时应使用试探性测试:首先要分步骤地弄清软件特性,记录软件运行情况,详细描述软件功能,然后运用静态和动态黑盒测试两种方式来测试软件,发现软件缺陷,在这种情况下,可以将一些非法、错误和垃圾数据作为输入数据,以检验软件的输出结果。测试时可采用反复测试、边界值测试和不合条件等方法。
(3)对有些软件实施状态测试:首先是熟悉软件的逻辑流程,可能的话,建立状态转换图,尽量清晰地描绘软件可能的独立状态,从一种状态到另一种状态所允许的输入和条件,以及进入或退出某种状态时的设置条件和输出结果；如果要测试的软件规模较大、复杂性较高,那么建立状态转换图将是非常艰巨的任务,这时减少要测试的状态及状态的数量,但是必须保证每种状态都必须测试一次,也可以在状态测试时选择那些不常用的分支,因为这是最容易被忽略的。在此基础上,测试所有的错误状态及返回值,测试随机状态转换。
(4)在前述测试的基础上,对有些测试实施失败状态测试:具体在实施时,指的是几个时间对某一资源竞争使用,比如:
①两个不同的程序同时保持或打开同一个文档。
②共享同一台设备。
③当软件处于读取或者修改状态时按键或者单击鼠标。
④同时关闭或者启动同一个软件的多个实例。
⑤使用不同的程序同时访问同一个数据库。
类似这样的竞争条件还有很多,不一一举例。
(5)在实际测试时还常用反复、压迫和重负测试,实施这些测试的目的是考验软件在恶劣条件下是否能正常运行和退出,从而验证软件的性能。反复测试指的是不断地执行同样的操作；压迫测试是使用软件在不够理想的条件下运行,从而观察软件对外部资源的要求和依赖程度,借此来测试软件的性能;重负测试是指尽量提供条件任其发挥,让软件处理尽可能大的数据文件,即最大限度地发掘软件的能力,使之不堪重负,大多数情况下,用时间作为参数实施重负测试,看其在重负情况下能否正常运行。实际测试时,常将三种测试方法结合起来使用。
(6)测试软件的另一种有效方法就是进行正式审查,其中包括以下几个方面:确定问题、制定审查规则、准备工作以及编写报告,进行审查的主要方法就是组织熟悉该类软件的人员逐一检查代码,其中重要的软件还需要按能力成熟度(cmm)中的要求进行同行评审。
(7)在实际测试中经常采用一种称之为动态白盒测试的方法,其意义是指利用查看代码功能和实现方式得到的信息来确定哪些要测试,哪些不需要测试,以及如何开展测试。其中不仅是查看代码,还包括直接测试和控制软件。包括以下几个部分:
①直接测试底层功能、过程、子程序和库。
②根据软件运行的实际情况不断地调整测试用例。
③对软件中的部分变量和状态信息进行访问,确定测试与预期结果是否相符,并强制软件以正常测试难以实现的方式运行。在具体实施时应分阶段地进行测试,即遵循单元测试、集成测试、配置项测试和系统测试的步骤。目前,灰盒测试逐渐为大家认同,灰盒测试综合了白盒测试和黑盒测试的优点,模糊了两者的界限,在做法上仍然把软件当成黑盒来测试,但是通过简单地查看(不像白盒那样进行完整地查看)软件内部工作机制作为补充。现在的网页制作就很适合灰盒测试。
3 结束语
软件测试的目的不是为了仅仅找出错误，而是通过它发现错误、分析错误，找到错误的分布特征和规律，从而帮助项目管理人员发现当前所采用的软件开发过程的缺陷，以便改进；同时也能够通过设计有针对性的检测方法，改善软件测试的有效性。即使测试没有发现任何错误，也是十分有价值的，因为完整的测试不仅可以给软件质量进行一个正确的评价,而且是提高软件质量的重要方法之一。
参考文献
（北京空间技术研制试验中心，北京100094）
摘要：为了提高1553B总线测试系统应对被测系统在拓扑结构或通信协议变化时的快速可重构性，提出一种基于通用1553B总线仿真卡的快速可重构的1553B总线测试软件设计方法。分析当前1553B总线测试系统可重构性不足的缺点，详细介绍快速可重构1553B总线测试软件的设计架构和实现方法。这里提出的软件设计方法通过总线服务划分和托管的方式使软件的代码实现不依赖于总线协议的具体格式，并且极大地减少了软件编程的代码量，从而在代码可重构和配置可重构两方面实现软件的快速可重构。该软件设计具有可靠性强、编程效率高、重构速度快，现场可重配置等特点，其应用实例软件的代码重构率小于1‰，并已经在多个航天器的1553B总线子系统测试中取得了良好的效果。
关键词 ：快速可重构性；1553B总线；测试软件；软件设计
中图分类号：TN912.202?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）14?0059?05
收稿日期：2015?01?19
0 引言
1553B 总线，全称为MIL?STD?1553B 总线，是一种集中控制式的数字时分命令/响应型多路串行数据总线标准，具有互连简单、高可靠、灵活性强和速率较高等优点。近年来，随着航天技术的进步，1553B 总线在航空航天等军工电子信息系统中已经得到了越来越广泛的应用[1?3]。
1553B总线系统采用集中控制、分布式处理的双冗余度总线系统结构，连接在1553B总线上的设备称为终端，分为总线控制器（BC）、远程终端（RT）和总线监视器（BM）3 类。其中BM 实现对总线上传输数据的采集监视，BC掌握总线系统的所有控制权，总线上的一切活动都由BC端发起和控制，BC与RT之间、RT与RT之间的相互通信遵循规定的1553B总线协议。通常在1553总线通信系统研制过程中，对BC和各RT终端之间规定的总线通信协议实现正确性的测试是必不可少也是至关重要的环节。总线测试也即对各RT设备的1553B总线接口的匹配性、总线通信功能的正确性乃至特定总线协议符合性的综合评价。
目前快速构建1553B 总线测试系统的方法即是采用基于总线仿真卡的1553B进行应用软件开发，这样的测试系统具备既简单快捷又灵活方便的优点，也正被越来越多的工程实践所采用。1553B 总线仿真卡可以实现对总线BC，RT，BM 终端的模拟，通过硬件厂家提供的SDK 库即可实现1553B 总线仿真模拟。虽然1553B仿真卡通常会自带有总线测试软件，但是这些软件是面向总线消息，而难以模拟完整的总线协议也不利于被用户直观掌握被测系统的状态，测试效率低下。
现有的基于仿真卡的1553B 总线测试软件在应用上存在一定的局限：文献[2?3]提出的1553B总线测试软件虽然对1553B 总线消息进行了仿真，但其主要侧重RT终端接口正确性的测试或对某一特定协议符合性的测试，不具备通用性和可扩展性。文献[1]虽然具有通用性设计，但软件功能单一，仅能够实现对总线消息进行单一解析，测试结果晦涩难懂，不具备人机交互性，测试效率较低，因而不能满足复杂总线协议测试要求。
在实际应用中，对于不同型号项目而言，其总线系统拓扑结构和采用的1553B总线协议不可能完全一致，同一型号航天器的不同终端设备在1553B 总线上传输数据的处理格式、内容及物理意义不同，而现有软件针对总线系统和通信协议多样性的适应性和通用性均相对较差，难以直接移植，尤其在待测系统拓扑结构或者总线协议类型的变化时几乎需要对整个软件进行重新设计。因此，面对越来越多的型号研制任务，构建一种快速可重构的1553B总线测试仿真系统，提供总线测试系统的构建效率对于提高型号研制效率，缩短研制进程，降低研制成本等各方面则显得尤为必要，具有及其重要的意义。
本文设计并实现了一种基于仿真卡的快速可重构1553B总线测试软件，通过配置可重构和代码可重构两方面手段，实现即能够应对总线系统拓扑结构的变化，又能应对总线协议类型的变化。首先提出了基于仿真卡1553B总线快速可重构测试软件的设计方案，分别对软件架构、通信层设计、应用层设计和接口设计进行说明，其次在此基础上对软件的快速可重构特性设计从配置可重构和代码可重构两方面进行了详细介绍；最后结合型号实际应用，给出基于该方法实现的软件实例及其代码评估。
1 1553B 总线测试软件设计
快速可重构的1553B 总线测试软件是基于1553B总线仿真卡开发，实现对航天器总线通信协议的仿真模拟。软件通过采用层次化设计架构将总线的底层总线消息通信和应用层总线通信协议仿真相分离，从而实现底层测试系统不依赖于1553B总线消息和RT终端参数的具体协议定义，保证了应用层面向总线通信协议的快速可重构的特性。
1.1 软件架构
快速可重构的1553B 总线测试软件总体上划分为应用层和通信层2部分。应用层负责和用户进行界面显示与交互；通信层负责通过1553B仿真卡与各终端设备之间进行总线数据通信。为实现软件的快速可重构特性，软件尽可能降低用户层和通信层之间的耦合度，即用户层和通信层在设计时通过独立的代码实现，其之间的信息交换通过特定接口开展，软件主要划分为3个部分：
（1）应用层：实行与用户直接的对话，包括界面显示与交互、用户对仿真卡的启动和停止的控制、被测系统面向用户的数据解析处理等功能；
（2）通信层：主要完成对1553B 仿真卡的控制、总线消息数据的发送和接收、周期性消息的更新与发送或接收；
（3）数据接口：主要完成应用层和通信层之间的数据和控制信息的交换，并完成数据区的管理和维护。软件的整体系统架构如图1所示。
通过层次化的软件架构设计，便于将1553 总线通信协议中的子地址协议转换为通信层的服务项，从而被应用层各RT对象所复用，大大减少应用层RT对象实例化的软件代码量，提高了应用层程序快速重构的效率。
1.2 通信层设计
通信层作为底层实现被划分为各种向应用层提供的数据服务。通信层软件代码通过调用1553B 板卡提供的SDK驱动程序，实现与1553B总线仿真卡的通信和控制；驱动总线仿真卡实现与总线终端的物理通信。通信层程序将需要通过总线发送的数据进行分解并通过驱动程序转换为遵循MIL?STD?1553B 总线标准的消息字进行发送，同时也接收来自总线其他终端发送的消息字，对消息字中的数据进行整合，从而供应用层使用。
通信层将总线消息划分为2类：周期性消息和非周期性消息。其中周期性消息不需要用户通过应用层进行干预；而非周期性消息完全根据应用层的用户指令进行控制。由于二者之间没有直接的数据通信，因此分别采用独立的线程实现，以提高程序的运行效率。为避免2个线程同时占用硬件板卡而导致数据就丢失，线程间采取互斥锁的方式实现线程同步并控制最小的总线消息间隔。
这样的通信层设计，能够将底层实现划分为各种数据服务类型，而被应用层所调用。通信层所处理的内容仅需限制在数据本身，而不需要考虑数据的对于用户而言的物理意义，因此可以很方便的根据不同的总线通信协议需求扩展服务类型，从而为面向用户的应用层快速可重构提供了基础。
1.3 应用层设计
应用层实现与用户之间的交互，其核心作用在于将不易被用户识别的底层数据转换为用户可以方便识别的应用信息。应用层首先构建与用户之间的软件界面，实现与用户的信息传递，并在界面基础上开展总线终端的管理。
应用层对于各RT终端通信的管理采用类的形式进行分装，从而能够通过类的接口特性实现外部控制，并利用类的可重用性和继承性实现代码的快速可重构性。与通信层类似，应用层RT终端类也能够根据不同子地址划分为不同的服务项。但与通信层不同，应用层需要面对不同RT终端应用项目进行重构，如设备遥测的信息，其在数量，物理含义上对于不同终端而言都可能相去甚远。因此，如果仅简单的采用类的继承方式实现重构，不同的RT终端类仅能单纯地继承父类的接口函数，而主要的编程工作需要集中于接口函数的重构，这种继承方式仍然需要较大的代码量，难以实现测试软件的快速可重构性。
为解决1553B 总线测试软件应用层设计的快速可重构问题，软件对于总线终端相关的各类服务项采用程序（或子类）的方式实现，每种服务项对应一项程序，通过程序读取对应总线终端的应用层协议描述文件完成应用层到通信层之间接口数据的解析处理，如图1中的应用层构造所示。每项程序与总线协议中的一种消息类型（总线子地址）对应，每种程序能够被所需要的总线终端类直接复用，只需在程序外部通过配置不同的描述文件就能够实现不同终端各自所需的应用层协议，从而大大减少了类重构所需要编写的代码量，既能简化软件本身的设计，又能够在不改变软件代码的情况下实现总线终端的协议重配置，从而保证了整个测试系统的快速可重构性。与通信层相同，应用层也通过独立的线程实现。
1.4 数据接口设计
数据接口用于实现应用层与通信层之间的数据交换，为达到快速可重构的目的，要求数据接口具备可扩展性。本软件专门设计一个接口类用于数据交换，对终端及其各子地址需要的总线数据进行内存的管理，并提供写入与读取函数的接口。由于应用层与通信层采用多线程的设计，接口类中设计了互斥量来表征不同线程对终端收发总线数据的访问权限，实现不同线程之间数据正常传递并且避免不同线程中程序对同一数据资源的同时访问。
2 快速可重构设计
本文给出的软件针对配置和代码2 个方面开展了快速可重构设计。一方面在层次式的软件架构基础上实现代码的快速可重构；另一方面通过配置文件实现应用层的用户信息与底层数据的相互转换格式和通信层的总线消息数据格式的快速可重构。配置文件的快速可重构可以在总线终端拓扑不变的前提下，便于用户变更总线数据的格式和内容。代码的快速可重构可以在总线终端拓扑或协议发生变化时，增添新的终端实例和服务程序。下面给出了配置可重构和代码可重构的具体实现。
2.1 代码可重构
代码可重构主要应对被测总线系统的拓扑结构发生变化，其分为2类：
（1）总线终端数量可重构；
（2）总线协议数据类型可扩展。
首先，当被测系统的总线终端数量发生变化时，由于应用层和通信层之间相互独立，在软件应用层代码中可以通过继承当前已有的总线终端类并加载相关的程序即可增加新的总线终端，同时在数据接口上派生新的数据接口类并创建实例对象即可实现应用层新增终端使用通信层提供的底层服务。其次，在前文的软件架构中，每种总线协议的数据类型（即子地址）作为通信层中的一种服务类型进行管理，当总线协议的数据类型发生变化时，首先对通信层中的服务程序进行变更或增加，并在数据接口上派生新的数据接口类增加相应的数据管理功能，而应用层程序只需增加对数据接口中管理新数据的服务程序并加载至相关的总线终端类即可完成对新协议数据的操作。代码可重构的模型示意图如图2所示，其中RT?3继承于RT?1或RT?2的终端类及其程序，同时对于RT?3需要支持的新的总线协议向，在各层创建新的服务程序即可实现。这种软件设计能够充分的复用程序，极大的减少应用层总线终端类的重构代码量。
2.2 配置可重构
配置可重构能够实现待测总线系统拓扑结构未变化而总线协议数据类型发生变化时的快速可重构。配置可重构只需要改变软件外部的配置文件而不需要更改软件代码，具有快速灵活的特定。配置文件被设计为2种类型：
（1）通信层总线消息配置文件和；
（2）应用层参数配置文件。
总线消息配置文件以总线消息为基本单位对航天器1553B总线消息协议进行描述，软件启动初始化时对总线消息描述文件进行解析，软件运行时，按照总线消息执行列表进行总线消息的发送或接收。通信层总线消息描述文件内容以消息序号为行，以消息属性为列，其中消息属性包含消息名称、消息内容、RT地址、子地址、通信方式、消息数、数据字计数、是否循环缓冲、消息周期、优先级、消息间隔，文件内容格式如图3所示。
应用层参数配置文件以用户接收终端或向终端发送的数据参数配置文件为例，针对不同终端设备，软件配置不同的参数描述文件。在软件启动时，各终端对象的程序对参数配置文件进行解析，软件运行时，终端实例将通信层接收到的总线消息送给程序根据配置文件进行解析，再将解析后的参数值等信息显示到指定界面。应用层参数文件以单个参数为行，以参数属性为列，其中参数属性包含参数代号、参数名称、位置类型、起始字节、起始比特、比特长度、数据类型、是否解析、解析公式、公式系数、正常范围等，文件内容格式如图4所示。
对于用户在软件界面上输入的向终端发送的注入数据或指令等信息，软件终端将数据发送至程序，通过程序将用户信息转换为总线指令码数据，再通过数据接口转发给通信层发送至终端设备。以总线指令参数配置文件为例，其中包含指令代号指令名称和指令码等参数，文件内容格式如图5所示。
2.3 软件信息流
软件中的终端对象、程序和配置文件各模块之间的信息流向如图6所示。
对于软件向总线上发出的消息，用户通过软件界面提出发送请求（如点击某总线指令发送按钮），软件RT终端收到用户的发送请求后将界面的发送消息信息（如指令代号）提交程序，程序根据预先读入的指令配置文件将该指令转换为指令代码，并通过数据接口传送给通信层程序，通信层程序再根据指令代码转换为总线消息发送至总线硬件系统。对于从总线上接收的消息，通信层程序先将总线消息转换为数据源码并通过数据接口传输给RT终端，RT终端将数据源码提交程序，通过程序对数据源码进行解析处理后形成应用层数据反馈给RT终端，最后由RT终端将应用层数据送给软件界面向用户显示。
3 应用实例
基于本文软件设计方法实现的基于总线仿真卡的1553B总线测试软件，已成功应用于某航天器总线通信子系统的通信协议测试验证。例如应用于某分系统的8台总线RT终端的测试系统，硬件平台的1553B总线仿真卡采用美国GE Condor 公司的型号为QCP?1553?2M的标准1553B仿真测试卡，软件界面集成了8个终端设备仿真通信控制界面，通过配置1个通信层总线消息描述文件、8个应用层终端参数配置文件、8个指令配置文件和4个注入数据配置文件实现与各终端设备的不同总线数据格式的关联。软件设计的总线数据类型包括注入数据、总线指令、总线遥测参数、广播消息等。图7给出了软件模拟的BC 终端与被测RT 终端设备1 进行总线通信的显示与交互界面。
该软件总代码行数为14 573行，其中通信层代码为9 711行，约占总代码量的66%，应用层代码为2 822行，占19%，其中应用层的程序代码为1 766行，占应用层代码的62%，而8 个RT 终端协议管理对象代码共计1 056 行，平均每个RT 终端的代码行数为132 行，占总代码量的0.7%，即单个终端的代码量能够达到小于软件总代码量1‰。从实际应用可以看出，应用本文设计方法实现的软件，如果被测试系统不增加总线RT终端的数量只改变总线协议，则不需要对软代码进行更改，只需要重新配置相关的参数文件，如果被测系统新增RT终端，其代码的重构量也平均在1‰左右，且不会随RT终端的协议数据量的增加而增大，在快速可重构方面具有明显的优越性。
4 结语
作为型号研制的重要环节，1553B总线通信系统的测试已经成为必不可少的环节，本文针对当前基于1553B 总线仿真卡的测试软件灵活性和兼容性不足的问题，提出了的一种快速可重构的1553B总线测试软件设计。首先，软件采用通信层和应用层的分离的架构，使得总线通信协议的实现不依赖底层总线仿真卡通信的特性，极大地增加了软件的灵活性。其次，软件将通信层和应用层的服务项与总线通信协议的子地址关联，通过服务的方式实现测试系统应用协议的现场可重构能力。最后，应用层总线终端的协议管理通过总线终端类的继承结合服务应用的方式实现，极大的减少了派生类所需要重构的软件代码，从而能够快速应对总线系统拓扑结构上的变化。文本给出的应用实例表明，基于该方法实现的1553B总线测试软件其总线协议管理程序的代码量仅为整个程序的1‰，具备极强的快速可重构能力，目前已成功应用于多型号航天器1553B总线子系统的测试，极大地提高了构建测试系统的效率，取得了良好的效果。
参考文献
[1] 李筱雅，尚丽娜，张芹芹.1553B总线测试仿真系统设计与实现[J].现代电子技术，2012，35（10）：54?60.
[2] 梁林灿.1553B总线测试系统中上位机软件的设计与实现[D].广州：中山大学，2007.
[3] 郭坚，张红军，付连芳.面向星载应用的1553B 总线仿真卡二次开发软件[J].航天器工程，2012，21（4）：78?82.
[4] 赵爽，刘占渠，苗克坚.通用1553B 总线消息解析软件的设计与实现[J].电子测量技术，2010，33（1）：78?81.
[5] 史国庆，高晓光，吴勇，等.1553B总线监测仪系统软件设计[J].火力与指挥控制，2009，34（6）：141?143.
边界扫描测试的物理基础是IEEEl149.1边界扫描测试总线和设计在器件内的边界扫描结构，标准的边界扫描结构如图2所示。其中边界扫描测试总线由测试数据输入(TDI)、测试数据输出(TDO)、测试时钟(TCK)、测试模式选择(TMS)和复位信号(TRST)五根信号线组成。而标准的边界扫描结构就是在器件内部的核心逻辑I／O引脚增加了边界扫描单元(BSC)，同时还增加了和边界扫描测试相关的指令寄存器、数据寄存器、测试访问端口TAP控制器等电路。在测试状态时，边界扫描结构可以对数据寄存器或指令寄存器进行操作，即从TDI端u把测试矢量移入边界扫描单元，从TDO端口把测试响应移出。
总体设计方案
便携式边外扫描故障诊断仪需要根据被测系统电路的描述文件生成边界扫描测试矢量，然后转换为IEEE1149.1边界扫描测试总线信号自动加载到被测系统中，同时从TDI引脚自动读取边界扫描测试响应进行分析处理，根据边界扫描相应算法作出故障诊断决策及定位隔离，最后通过LCD显示诊断结果。本文采用片上可编程系统解决方案将便携式故障诊断仪进行软硬件协同设计在一片FPGA上，使所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、上市周期、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现最优化(整体结构示意图如图3所示)。
本文采用Altera公司嵌入软核Nios处理器的FPGA作为载体来实现边界扫描敝障诊断仪的SOPC系统。边界扫描故障诊断仪主要实现边界扫描测试矢量的生成、JTAG总线信号发生器、边界扫描故障诊断应用软件、故障显示等功能，是便携式边界扫描故障诊断系统的核心。利用SOPC Builder创建Nios软核CPU并进行参数化配置，同时构建储存器、计时器、LCD接口组件、IEEEl149.1测试总线用户逻辑为一体的SOPC系统，边界扫描故障诊断片上可编程系统内部模块配置图如图4所示。
本文利用向导式界面灵活定制边界扫描故障诊断系统，采用标准型NiosII软核处理器，井添加了4K字节的指令缓存Cache。同时为了方便调试边界扫描故障诊断系统的软硬件，在处理器模块中添加JTAG调试单元，在SOPC系统软硬件调试成功且能独立运行后，也可以将JTAG调试单元去掉。
可复用IEEEl149.1测试总线控制器IP核是边界扫描测试控制器的核心，也是整个边界扫描测试平台设计的关键所在。本文设计的IEEEl149.1测试总线控制器IP核主要功能包括：产生边界扫描测试时钟TCK、对被测系统电路输出TMS控制序列、读取被测系统的测试响应和加载测试矢量、与SOPC系统中的微处理器进行通讯及测试数据交换和在TCK和TMS配合下控制被测系统中TAP控制器完成边界扫描测试的全部过程。
在IP核的开发过程中采用IC的设计思想，首先根据功能需求确定外部接口，然后划分内部结构单元，通过实现内部每个小单元的功能，最后组合完成JTAG总线控制IP核的整个设计，JTAG总线控制逻辑内部体系结构图如图5所示。其中TDO缓冲模块主要由FIFO、计数器、并/串转换及控制部分组成。
系统软件开发
μc/cs操作系统移植
将μC/OS-II移植到Nios软核CPU平台上，只需修改与处理器相关的代码OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C三个文件。同时根据本系统的功能需要，用OS_CFG.H配置内核设置系统的基本情况以及整个实时系统所需要内核和用户的头文件INCLUDES.H。根据各个任务的重要性和时间关键性，设定每个任务的优先级，以便任务调度之用。
故障诊断软件
故障诊断软件首先根据预先固化在Flash存储器中的被测系统的边界扫描描述文件(BSDL)和网络表等描述文件生成两个测试数据文件：系统链路信息文件和器件间互连网络节点文件。同时还需要获得测试器件物理引脚号码和器件边界扫描单元的对应关系。然后根据相应的边界扫描测试算法和不同的测试内容生成测试数据：测试指令代码、完整性测试数据、互连测试数据、芯片功能测试数据并且加载到被测系统扫描链路中及读取边界扫描测试响应。其次分析处理测试响应数据，剔除扫描链中垃圾数据，提取获取故障诊断有用信息。最后根据测试内容不同，进行扫描链路完备性测试故障诊断、互连测试故障诊断、器件功能测试故障诊断、簇测试故障诊断作出诊断结果。边界扫描测试故障
关键词：ARM； 嵌入式系统； LM35； 温度采集
中图分类号：TN91934文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)06017303
Design of temperature acquisition system based on ARM7 and LM35
SHEN Rui, YU Haixun, WANG Yaowen
（College of Electrics and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China）
Abstract： To improve the accuracy and realtime performance of temperature measurement, the ARM7based temperature test system. The system includes a temperature detection section of sensor LM35 and builtin A/D conversion section of S3C44B0X. The designs of the system circuit and software was completed with Protel. The experimental results were analyzed and compared. The results show that the system has strong practicality and scalability.
Keywords： ARM; embedded system; LM35; temperature acquisition
收稿日期：201109150引 言
目前广泛应用的温度采集设备，其温控系统的内部芯片普遍采用单片机，其缺点是采集终端硬件功能简单、芯片性能低、软件设计复杂、任务调度麻烦、系统升级困难等。随着当今社会科技的发展，人们对温度采集系统也有了越来越高的要求，具体体现在系统的实时性、精度 、软件设计、升级等方面。由于嵌入式操作系统的发展，本文设计了一种基于ARM7的温度采系统，其具有采集精度高，软件设计简单，软硬件功能修改方便、升级便利等优点，有效地解决了过去采用单片机作为内部芯片中的问题［1］。该系统可用于温室、仓库等需要实时监控温度的场所，为人们的生活生产提供了便利的可靠的解决方案。
1系统硬件结构
1.1系统总体设计
该设计采用了Samsung公司所生产的S3C44B0X硬件平台，配置嵌入式μCLinux操作系统。通过LM35温度传感器把温度物理量转换成模拟物理量的电流信号，同时放大信号，然后采用运算放大器把输入的电流信号转换成电压信号，经滤波器滤波送给A/D转换器进行A/D转换（采用S3CB44B0本身集成的8路10位A/D转换器），转换结果处理后在LED（发光二极管）上显示。设计要求精确到0.1 ℃,反应时间应在1 s以内，总体设计如图1所示。
图1总体设计1.2. 温度传感器LM35
该系统说采用的温度传感器是用National Semiconductor所生产的LM35，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式（1）。0 ℃时输出为0 V，每升高1 ℃，输出电压增加10 mV。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到 ±1/4 ℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源2种，其接脚如图2,图3所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测，单电源模式在25 ℃下静止电流约50 μA，工作电压较宽，可在4~20 V的供电电压范围内正常工作非常省电［2］ 。可以提供±1/4 ℃的室温常用精度［3］。Vout_LM35(T)=10×T（1）接下来实际对LM35进行测试，测试使用单电源模式，并且将输出已非反相放大器放大10倍，以10 Hz的频率记录放大后的电压值，得到如图4的温度时间图。
图2单电源模式图3正负双电源模式
图4温度时间图1.3A/D转换模块
本系统选用的S3C44B0X自带的A/D转换器为逐次逼近型8路模拟输入的10位ADC。该ADC的内部结构包括模拟AMXU（输入多路复用器）、COMP（自动调零比较器）、PSR（时钟产生器）、10位逐次逼近寄存器SAP,ADCDART（输入寄存器）。S3C44B0X内部ADC的特征如表1所示。
2系统的软件设计
2.1软件环境
(1) ARM ADS（ARM Developer Suite）［4］是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具，支持软件调试及JTAG硬件仿真调试，支持汇编、C、C++源程序，具有编译效率高、系统库功能强等特点，可在Windows XP，Windows ME以及Redhat Linux上运行。ADS由命令行开发工具、ARM时实库、GUI开发环境（Code Warrior和AXD）、实用程序和支持软件等组成， 用户可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试开发的应用程序。
(2) Code Warrior for ARM［4］是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC的优势，它可以加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需要通过一个集成软件就可以研制出ARM产品。在整个开发过程中，开发人员无需离开Code Warrior开发环境，使得开发人员有更多的精力投入到代码的编写上来。
(3) ADS调试器本身是一个软件，用户可以通过这个软件使用Debug agent对包含有调试信息的、正在运行的可执行代码进行查看、断点的控制等调试操作。
ADS包含有3个调试器：AXD是ARM扩展调试器；Armsd是ARM符号调试器；ADW/ADU是与老版本的Windows或Unix下的ARM调试工具。
2.2软件流程与设计
2.2.1A/D转换
2.3实验结果数据分析
用Protel设计此系统的电路，并完成软件设计，做出电路板，将LM35传感器置于室温状态下，测试温度在超级终端下显示并用0.01 ℃用温度计所测试的温度进行比较，如表5所示。
从数据的结果来看，符合所要达到的设计要求，其精度为0.1 ℃，随着温度的改变，本系统的显示结果也会相应的改变，用秒表测量此结果变化均在1 s以内，证明了此系统的实时性比较好。
表5测试结果℃
测试温度实际温度测试温度实际温度25.325.3150.049.9835.235.2356.957.0040.140.0060.060.0137.237.22
4结语
从实验结果来看，用LM35传感器与S3CCB0X构建的温度测试系统，具有测温准确、实时性好、抗干扰能力强、设计简单等优点。此系统还可拓展其他功能，例如：可以采用 Nand FLASH和 UART 分别存储和传输数据, 实现了监测数据的长期存储和通信传输。
参考文献
［1］罗家奇.张正华.基于ARM7的温度采集及控制系统［J］.电子工程师，2008，34（6）：7375.
［2］陈明周.温度感测器LM35的介绍\[M\].北京:机械工业出版社,2003.
［3］王景景.基于LM35的温度测量系统［J］.现代电子技术，2007，30（5）：157159.
［4］孙秋野,孙凯.ARM嵌入式系统开发典型模块［M］.北京：人民邮电出版社,2007.
［5］李岩.基于ARM嵌入式μCLinux系统原理及应用［M］.北京：清华大学出版社，2009.
［6］赵彬，刘凡.基于ARM的无线温度测控系统设计［J］.电子测量技术，2009,32(4)：9799.
［7］张其亮，韩斌.基于嵌入式Web Server的温度采集系统设计与实现［J］.电子测量技术，2009,32(10):140142.
［8］周立功.ARM微控制器的基础与实战［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2005.
随着卫星技术的不断发展，系统的自主恢复功能作为卫星的一项重要的性能指标，本文根据卫星综合电子系统的特点展开分析，详细介绍综合电子系统FDIR结构及各项衡量指标，对提高综合电子系统的可靠性提供相关资料。
【关键词】
FDIR技术；卫星综合电子系统；设计
随着国防事业、工业的快速发展，各个国家所发射卫星的数量明显增多，此时，卫星是否安全、稳定运行成为重点关注的问题。传统人造卫星必须借助地面基站实现控制，卫星能够通信的范围有所限制，且卫星与地面距离甚远，实时性极差。因此，必须提升卫星的自主控制能力，从而保障卫星运行的安全。综合电子系统能够实时监测整个卫星系统出现的故障，准确定位系统发生的故障，通过重构等一系列方法确保卫星安全可靠的运行。文中详细介绍卫星综合电子系统FDIR设计方案，在一定程度上提升综合电子系统的容错能力。
1FDIR技术下卫星综合电子系统的总体框架设计
卫星综合电子系统是以中心管理单元（CMU）为中心，分别设置ISU1、ISU2、ISU3三台业务单元，借助1553B总线实现连接，主机与各个功能模块采用二级网络总线实现连接。卫星综合电子系统通过两级总线建立分布式网络系统，卫星综合电子系统设计的总体框架。
2卫星综合电子系统的BIT电路设计
2.1设计综合电子系统BIT硬件
BIT是指设备根据自身电路、程序对综合电子系统发生的故障展开诊断及隔离。BIT作为提升系统可靠性降低维护费用的关键技术，该技术借助附加在系统中的软、硬件实现在线故障检测的效果。卫星综合电子系统主要包括CMU、ISU1、ISU2、ISU3等部分组合而成，各个模块之间均设置双冗余总线进行连接，各个模块均设置BIT检测电路，系统正常运行时，下位机软件借助所设置的测试向量，定期对所有模块运行状况展开自行检测，将检测结果传送至上位机。上位机的CMU软件主要收集、存储各个模块检测结果，对故障进行定位，根据检测结果设计合理的故障预案，对故障进行有效的隔离[1]。
2.2BIT测试方案
卫星综合电子系统BIT检测方案主要分为以下三类：①计算机系统自测模块：计算机系统主要包括处理器、存储器等部分，该系统自测功能由存储器自测试和指令集自测。为了消除单粒子翻转过程中SRAM产生的影响，借助EDAC算法对其进行纠错。综合电子系统使用上电启动自测方法，计算机软件根据预先设定的算法实施自主运算，随之比较其运算结果，依据比较结果判定计算机指令系统及存储功能是否异常，最终将自测结果传送到中心管理单元（CMU）。②总线自测试：卫星综合电子系统主要包括二级总线，一级为1553B总线，这级总线设置完备的协议操作功能，具有良好的检错、纠错等功能，也可准确定位总线出现的故障，提供良好的寄存器，CPU能够及时查询总线的运行情况[2]。系统对总线通信自测试系统进行设计时，借助CMU软件向总线部分测试指令实现自检测。第二级总线设置在各个下位机主机与其它个功能模块，能够实时采集各个模块的数据。这一总线通过自行研制的串行通信芯片，处理器能够实时监视整个总线运行效果。系统正常运行时，下位机根据有关特征寄存器监测二级总线的运行状态，并将检查结果反馈至CMU。③模拟电路自测系统：卫星综合电子系统设计的模拟电路借助电路测试方法实现，当A/D转换电路时，在电路上设置某个固定电压作为参考信号源，借助多路宣统开关将该信号纳入被检测A/D输入通道内，检测A/D电路是否可以正常运行，从而完成A/D转换接口电路故障测试的效果。当D/A转换电路时，借助A/D采集电路接口对D/A输出的信号进行采集，随后检测D/A转换接口电路能否把数字信号转换成规定误差范围之内的模拟信号，完成D/A转换接口电路故障检测。
3卫星综合电子系统的FDIR软件设计
3.1综合电子系统故障等级分类
根据卫星综合电子系统的总体结构，对系统的故障实施分类，系统的故障类型不同，可以制定对应级别的故障检测、隔离等措施，综合电子系统故障主要分为以下四级：①0级：如果二级总线主备份通信系统出现异常，采用内部热备方法实施自主恢复操作，对该系统的其他功能并无影响，这类故障隔离恢复策略只在综合业务单元中执行[3]。②1级：如果各个下位机内部各个功能模块出现故障，针对这类故障使用关闭本模块电源的隔离方式。恢复故障策略如下：自动开启备份模块，这一故障隔离恢复策略在CMU中执行。③2级：如果综合电子系统各个服务功能发生古城镇，这种故障借助分析软件得出，通过原先设定的隔离及恢复策略，达到及时恢复故障的效果。④3级：但综合电子系统上位机发生故障，不能将上位机进行自主恢复，系统借助硬件监控策略，直接把上位机主份电源关闭，开启备份的上位机，这部分故障通过硬件完成隔离恢复操作。
3.2设计FDIR软件
卫星综合电子系统软件作为实现该系统FDIR功能核心，这一设计可对各个下位机采集的数据展开周期性监测，监控、定位各个模块存在的故障信息。依据系统原先设置的容错策略，一系列指令，对系统故障展开隔离重组操作。软件设计作为整个综合电子系统的一部分，根据每个采样周期对系统的关键参数实施监控。如果系统发生故障，软件根据设定的周期展开多次检测，定位故障后，即可发出遥测信息[4]。同时，立即限制该模块为整个卫星综合电子系统提供的相关服务，修改软件中保存的各类设备监控表，根据设定的容错策略执行相对应的故障恢复。
4结语
卫星综合电子系统是一个由多个模块、软件、硬件等部分组成的集成系统，文中从故障建模、故障测算、故障处理恢复等方面展开进行设计和分析，详细介绍卫星综合电子系统FDIR设计与实现方法。根据检测分析可知，卫星综合电子系统出现故障后系统能够自动进行重组，有效提升综合电子系统的可靠性和容错能力。
作者：冯珊珊 单位：辽宁建筑职业学院
参考文献
[1]叶伟松，刘海颖，陈志明，等.“天巡一号”微小卫星数据综合系统设计与在轨性能评估[J].南京航空航天大学学报，2012，44（6）：797~802.
[2]乐浪，李明峰，王君，等.卫星综合电子系统的FDIR研究与设计[J].计算机工程与设计，2014，15（7）：2607~2611.
购物车(0)
